KR102309840B1 - 플리커 성능이 개선된 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 - Google Patents

플리커 성능이 개선된 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 루프백 보상부를 이용하여 LED 조명장치의 비발광 구간을 없앰으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 조명장치를 개시한다.

Description

플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치{LED DRIVING CIRCUIT WITH IMPROVED FLICKER PERFORMANCE AND LED LUMINESCENT APPARUTUS THE SAME}
본 발명은 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, LED 오프 구간을 제거함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED 구동은 직류구동 방식이 일반적이다. 직류구동 방식의 경우 SMPS 등의 AC-DC 컨버터가 필수적으로 요구되며, 이러한 전원 컨버터는 조명기구의 제조단가를 상승시키고, 조명기구의 소형화를 어렵게 하며, 조명기구의 에너지 효율을 떨어뜨리고, 짧은 수명으로 인해 조명기구의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.
이러한 직류구동 방식의 문제점을 해결하기 위하여, LED의 교류구동 방식이 제안되었다. 그러나 이러한 기술에 따른 회로의 경우 입력전압과 LED에서 출력되는 전류의 불일치로 인하여 역률이 저하되는 문제가 있을 뿐 아니라, LED의 비발광 구간이 길어질 경우, 사용자가 조명의 깜빡거림을 인지하게되는 플리커 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
도 1은 플리커(Flicker) 성능을 설명하기 위한 개념도이다. 최근 에너지 스타(Energy Star) 스펙(SPEC)의 플리커 성능의 기준이 되는 플리커의 정의와 규정은 아래와 같다.
(1) 플리커의 정의
플리커란 일정 시간 동안 조명의 밝기가 변화하는 현상을 지칭하며, 심할 경우 사용자가 빛이 흔들거리거나 또는 깜박거리는 현상을 인지할 수 있다. 이러한 플리커는 대부분 일정 시간 동안의 최대 광 출력과 최소 광 출력이 달라서 발생하게 되는 현상이다.
(2) 플리커 성능을 나타내는 지표의 종류
a) 플리커 인덱스(Flicker Index) : 도 1에 도시된 바와 같이, 플리커 인덱스란, 1주기의 광출력 파형도 상에서, 평균 광출력 이상의 면적(Area1)을 전체 광출력 면적(Area1+Area2)으로 나눈 값을 의미한다. 따라서, 플리커 인덱스는 1주기 동안 평균 광출력 이상의 광이 얼마나 발생되는지를 수치적으로 나타내는 값으로서, 플리커 인덱스가 낮을수록 플리커 수준이 양호하다.
b) 퍼센트 플리커(Percent Flicker) 또는 변조 깊이(Modulation Depth) : 퍼센트 플리커란 일정시간 동안의 최소 광량과 최대 광량을 수치화한 지표를 지칭한다. 이러한 퍼센트 플리커는 100*(최대 광량 - 최소 광량)/(최대 광량 + 최소 광량)으로 산출될 수 있다.
(3) 에너지 스타 플리커 인덱스 규정
- 광 출력 파형(Light output waveform) ≥ 120Hz
- 플리커 인덱스 ≤ 주파수 x 0.001 (at Max. Dimmer, 800Hz 이상의 경우 제외)(따라서, 120 Hz에서의 플리커 인덱스 ≤ 0.12 )
(4) 퍼센트 플리커에 대한 연구 결과
퍼센트 플리커에 대한 연구 논문들에 따르면,
퍼센트 플리커 < 0.033 x 2 x 주파수 이하는 영향이 없는 구간으로,
퍼센트 플리커 < 0.033 x 2 x 주파수 이하는 저 위험 구간으로 발표되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, LED 조명장치의 성능에 있어 플리커 수준이 중요한 기준으로 부각되고 있다.
한편, 도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이며, 도 3은 도 2에 개시된 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 구동전압 대 LED 구동전류의 관계를 도시한 파형도이다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 종래기술에 따른 LED 조명장치의 문제점을 살펴보도록 한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)는 정류부(10), LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)를 포함할 수 있다.
종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 정류부(10)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류 전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성하고, 생성된 정류전압(Vrec)을 LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)로 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(10)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있으며, 도 2에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다. 또한, 종래기술에 따른 LED 발광부(20)는 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성되며, LED 구동 제어부(30)의 제어에 따라 순차적으로 점등되고 순차적으로 소등되도록 구성된다. 한편, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 순차적으로 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 점등 및 소등하는 제어기능을 수행하도록 구성된다.
특히, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 입력 전압(즉, 정류전압(Vrec))의 전압레벨에 따라 LED 구동전류를 증감시켜 순차구동 구간별로 정전류 제어기능을 수행하도록 구성되며, 이는 LED 구동전류를 정현파에 가까운 계단파 형태를 취하게 함으로써 역률(power factor: PF) 및 전고조파 왜곡률(total harmonics distortion: THD)을 개선함으로써 LED 조명장치의 전력 품질을 향상시키기 위한 것이다.
이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 동작 과정을 도 3을 참조하여 보다 더 상세하게 살펴보도록 한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 LED 그룹들의 순차 구동을 제어하기 위하여, 제 1 정전류 스위치(SW1), 제 2 정전류 스위치(SW2), 제 3 정전류 스위치(SW3), 및 제 4 정전류 스위치(SW4)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(제 1 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 되도록 정전류 제어한다. 유사하게, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간(제 2 단 동작구간)에서는, 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프하고 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 및 제 2 LED 그룹(22)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 되도록 정전류 제어한다. 또한, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이고 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만인 구간(제 3 단 동작구간)에서는, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프하고 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 3 LED 그룹(23)을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)로 정전류 제어한다. 마지막으로, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간(제 4 단 동작구간)에서는, 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-오프하고 제 4 정전류 스위치(SW4)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 모두를 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)로 정전류 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 1 LED 구동전류(ILED1))보다 제 2 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 2 LED 구동전류(ILED2))가 더 크도록 제어되며, 마찬가지로 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 더 크도록 제어되고, 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 가장 크도록 제어된다. 이에 따라, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 전체 광 출력은 도 3에 도시된 바와 같이 계단파 형태를 가지게 된다. 따라서, 이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)를 이용하는 경우, 동작구간에 따라 발광되는 LED들의 총 수 및 구동전류가 상이하기 때문에 동작구간별로 광 출력이 상이하며, 따라서 사용자가 동작구간별 광 출력의 차이로 인한 불편함을 느낄 수 있고, 전술한 바와 같은 플리커가 열악해진다는 문제점이 있다. 즉, 이상에서 설명된 바와 같은 종래기술에 의한 순차구동 방식의 LED 조명장치의 경우, 퍼센트 플리커가 100%에 달하기 때문에 개선이 필요한 실정이다.
또한, 전술한 바와 같은 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 경우 LED 발광부(20)에 제공되는 구동전압, 즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 기초하여 순차구동을 제어하도록 구성되어 있다. 그러나, 이러한 전압검출 방식의 경우, LED 온도에 따른 전류/전압 특성을 제대로 반영하지 못한다는 문제점이 있다. 즉, LED 그룹의 순방향 전압이 "LED의 동작 온도"에 따라 상이하지만, 전압검출 방식의 경우 이러한 LED의 온도에 따른 I/V 특성을 제대로 반영하지 못하기 때문에, 동작구간이 변경되는 시점(예를 들어, 제 1 단 동작구간에서 제 2 단 동작구간으로 변경되는 시점)에 LED 구동전류(LED 광 출력)가 순간적으로 떨어지거나 겹쳐지는(overshoot)되는 현상이 발생하여 LED 조명장치(100)의 광 출력이 일정하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 비발광 구간을 제거하여 광출력의 편차를 저감함으로써 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 동작구간별로 점등되는 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 간 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 구동전류 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어함으로써 일정한 광 출력을 제공할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 또 다른 일 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되고, 비보상 구간에서 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하며, 보상구간에서 루프백 보상부로부터 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 일단이 제 1 LED 그룹 내지 제 n-1 LED 그룹 중 어느 하나의 LED 그룹의 애노드단에 연결되고 타단이 상기 제 n LED 그룹의 캐소드단과 공통적으로 LED 구동 제어부에 연결되며, 제 n 동작구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간에서 상기 LED 발광부에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백(loop-back) 보상부;및 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹에 각기 연결된 정전류 스위치들을 통해 흐르는 LED 구동전류를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치가 제안된다.
보다 바람직하게, 상기 루프백 보상부는 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어 상기 보상구간 중 상기 제 1 LED 그룹에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는: 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 각각의 캐소드단에 각기 연결되어 상기 동작구간 따라 제 1 전류 경로 내지 제 n 전류 경로를 연결하거나 또는 분리하고, 각각의 동작구간에서 상기 LED 구동전류를 정전류 제어하기 위한 제 1 정전류 스위치 내지 제 n 정전류 스위치를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 기초하여 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하되, 상기 제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류는 순차적으로 감소되는 방식으로 설정될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하도록 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며, 제 1 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹의 광 출력과 제 2 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 2 LED 그룹의 광 출력 사이의 차이는 미리 설정된 광 출력 편차 이하일 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며, 상기 제 2 구동전압은 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 이상일 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며, 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨이 상기 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨보다 크게 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함하며, 상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 상기 제 1 LED 그룹에 제공하도록 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 발광부는 상기 제 3 LED 그룹 대신에 의사부하(dummy load)를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 조명장치는, 상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 제 n 동작구간 동안 충전되고 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 조명장치는, 상기 제 n LED 그룹에 직렬로 연결되며, 상기 정류전압의 전압레벨이 제 n 순방향 전압레벨 이상인 구간에서 충전되고, 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결된 방전경로를 통해 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n+1 LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함하되, 상기 제 2 LED 그룹과 상기 제 3 LED 그룹 사이의 노드가 상기 정류부의 음극단에 연결되며, 상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되며, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고, 상기 방전구간 동안 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 3 LED 그룹에 상기 제 2 구동전압을 공급하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 루프백(loop back) 보상부를 이용하여 비발광 구간을 제거함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 동작구간 별로 점등되는 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명은 LED 구동전류 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어함으로써 LED 구동전압 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하는 종래기술에 따른 LED 조명장치보다 더 개선된 일정한 광 출력을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 플리커(Flicker) 성능을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 종래기술에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 간의 관계를 나타낸 파형도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작구간별 스위치 제어상태 및 LED 구동전류를 도시한 구성 블록도.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 시간에 따른 정류전압, LED 구동전류, 입력 전류, 및 LED 발광부의 광 출력 관계를 도시한 파형도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에서, 용어 'LED 그룹'이란 복수의 LED들(또는 복수의 발광셀들)이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어, LED 구동모듈의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) LED들의 집합을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 순방향 전압레벨(Vf1)'은 제 1 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제 2 순방향 전압레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨)을 의미하고, 용어 '제 3 순방향 전압레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 3 LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제 n 순방향 전압레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 n LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 내지 제 n LED 그룹의 순방향 전압레벨들을 모두 더한 전압레벨)을 의미한다.
또한, 용어 '구동전압 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전압 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, 인가되는 입력전압의 증가에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 인가되는 입력전압의 감소에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다. 또한, 용어 '구동전류 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전류 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, LED 발광부 또는 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류의 증감에 따라 LED 발광부를 구성하는 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 점등 및 소등시키는 구동방식을 의미한다. 한편 구동전압 검출방식 또는 구동전류 검출방식인지와 무관하게, 순차구동방식 또는 다단구동 방식에 있어, 제 1 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하며, 제 2 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하고, 유사하게, 제 n 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹 모두가 발광하는 동작구간을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 구동전압'이란 입력전압 자체 또는 입력전압이 일정하게 처리되어(예를 들어, 정류회로 등의 과정을 통한 처리) LED 그룹들에 1차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 또한, 용어 '제 2 구동전압'이란 입력전압이 에너지 저장 소자에 저장된 후, 에너지 저장 소자로부터 LED 그룹들에 2차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 이러한 제 2 구동전압은, 예시적으로, 입력전압이 캐패시터에 저장된 후, 충전된 캐패시터로부터 LED 그룹들에 공급되는 구동전압일 수 있다. 따라서, 특별히 '제 1 구동전압' 또는 '제 2 구동전압'으로 구별되어 지칭되는 경우 외에, 용어 '구동전압'은 LED 그룹들에 공급되는 제 1 구동전압 및/또는 제 2 구동전압을 포괄하는 의미이다.
또한, 용어 '보상구간'이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 순방향 전압레벨 미만인 구간으로서 LED 그룹에 구동전류를 공급하지 못하는 구간을 의미한다. 예를 들어, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf1 미만인 구간을 의미한다. 이 경우, 보상구간은 비발광 구간이 된다. 또한, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf2 미만인 구간을 의미한다. 따라서 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vfn 미만인 구간을 의미한다. 또한, 용어 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상이란 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급함으로써 LED 그룹에 구동전류를 공급하는 것을 의미하며, 용어 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상이란 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상이란 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다.
또한, 용어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 미리 설정된 순방향 전압레벨 이상인 구간으로서, 입력전압(제 1 구동전압)이 LED 그룹에 공급되어 LED 그룹(들)이 발광하는 구간을 의미한다. 예시적으로, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf1 이상인 구간을 의미하며, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf2 이상인 구간을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vfn 이상인 구간을 의미한다.
또한, 본 명세서 내에서 임의의 특정 전압, 특정 시점, 특정 온도 등을 나타내기 위하여 사용되는 V1, V2, V3,..., t1, t2,..., T1, T2, T3, 등의 용어는 절대적인 값을 나타내기 위하여 사용되는 것이 아니라 서로를 구분하기 위하여 사용되는 상대적인 값이다.
LED 조명장치(1000)의 제 1 실시예의 구성 및 기능
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플리커 성능이 개선된 LED 조명장치(이하 'LED 조명장치'라 함)의 개략적인 구성 블록도이다. 이하에서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대해 간략하게 살펴보도록 한다.
먼저, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)를 구성하고 있는 전반적인 기술적 사상을 살펴보도록 한다. 이상에서 기술된 바와 같이, 종래기술에 따른 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 경우, LED 발광부(20)에 공급되는 구동전압의 전압레벨에 따라 LED 그룹들이 순차적으로 점등 및 소등되기 때문에, 구동전압의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간에서 LED 그룹들 중 어떤 LED 그룹도 발광하지 않는 비발광 구간이 발생하게 된다. 또한, 종래기술에 따른 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 경우, LED 발광부(20)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 상승할수록 점등되는 LED의 수가 증가되며, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 하강할수록 점등되는 LED의 수가 감소되게 된다. 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 이러한 특징들 때문에, 특히 플리커 성능이 열악하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 가장 기본적인 기술적 사상은, LED 조명장치(1000)의 동작 중 LED 조명장치(1000)의 LED 발광부(400)가 발광하지 않는 구간, 즉, 비발광 구간을 제거함으로써, LED 조명장치(1000)의 플리커 성능을 개선하는 것이다. 이러한 기능을 수행하기 위하여, 본 발명에서는 루프백(loop back) 방식의 보상부를 제안하며, 이러한 루프백 보상부(300)를 통해 비발광 구간에서 LED 발광부(400)에 제 2 구동전압을 공급함으로써 비발광 구간을 제거하도록 구성된다.
또한, 전술한 바와 같은 플리커 성능과 관련하여, 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치에서 플리커 성능이 열악한 이유는, 동작구간별로 점등되는 LED들의 수에 비례하여 LED 구동전류가 제어되기 때문이다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 동작구간별로 점등되는 LED들의 수에 역비례하게 동작구간별 LED 구동전류를 제어하도록 구성된 LED 조명장치를 제안한다. 따라서, 본 발명이 이러한 LED 구동전류 제어방식을 채택함으로써, 동작구간에 따라 점등되는 LED들의 수가 상대적으로 적은 경우 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 상대적으로 더 크게 제어하고, 점등되는 LED들의 수가 상대적으로 더 많은 경우 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 상대적으로 더 작게 제어함으로써, 동작구간별로 거의 균일한 광 출력이 제공될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 LED 구동전류 제어방식에 대해서는 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 정류부(200), 루프백 보상부(300), LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 구성요소들 중, 루프백 보상부(300), 및 LED 구동 제어부(500)가 LED 구동회로를 구성할 수 있다.
먼저, LED 발광부(400)은 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(400)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 4에는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 포함하고 있는 LED 발광부(400)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(400)에 포함되는 LED 그룹의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(400)가 2개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, LED 발광부(400)는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있으며, 또는, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 n LED 그룹(미도시)까지의 n개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있지만, 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우 또는 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 상이한 방식의 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결관계를 가질 경우, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 다만, 본 발명의 바람직할 실시예에 있어, 제 1 LED 그룹(410)은 보상구간에서 루프백 보상부(300)에 의해 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동될 수 있는 순방향 전압레벨을 가지도록 설계되어야 한다. 이와 같이 설계되는 경우, 제 1 LED 그룹(410)은 교류 전압(VAC)의 전 주기에서 항상 턴-온 상태를 유지하게 된다.
또한, 전술한 바와 같은 플리커 성능을 개선하기 위하여, 교류 전압(VAC)의 전구간에서 항상 턴-온 상태를 유지하게 되는 제 1 LED 그룹(410)을 구성하는 LED들의 수가 제 2 동작구간에서만 발광하는 제 2 LED 그룹(420)을 구성하는 LED들의 수보다 더 크게 설계되는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 경우, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨이 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨보다 상당히 크게 설계되는 것이 바람직할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 정류부(200)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성 및 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(200)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 정류부(200)는 생성된 정류전압(Vrec)을 루프백 보상부(300), LED 발광부(400), LED 구동 제어부(500)로 제공하도록 구성된다. 도 4에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 충전구간에서 정류전압(Vrec)을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 LED 발광부(400)에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성된다. 도 4에는 제 1 커패시터(C1)가 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 보상회로들(예를 들어, 밸리필 회로 등) 중 하나가 필요에 따라 채택되어 사용될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 실시예에 있어, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)과 병렬로 연결된다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 루프백 보상부(300)의 일단이 제 2 LED 그룹(420)의 캐소드단과 공통적으로 제 2 정전류 스위치(SW2)에 연결되며, 루프백 보상부(300)의 타단이 제 1 LED 그룹(410)의 애노드단에 연결된다. 물론 실시예를 구성하기에 따라, 루프백 보상부(300)의 타단이 다른 LED 그룹의 애노드단에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 4개의 LED 그룹들로 LED 발광부(400)가 구성되는 실시예에 있어, 루프백 보상부(300)의 타단이 제 2 LED 그룹의 애노드단에 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 루프백 보상부(300)는 보상구간에서 제 2 LED 그룹(또는 제 2 LED 그룹 내지 제 3 LED 그룹 등)에 제 2 구동전압을 공급하도록 구성된다. 이하에서는 루프백 보상부(300)의 타단이 제 1 LED 그룹(410)의 애노드단에 연결되어, 보상구간에서 제 1 LED 그룹(410)에 제 2 구동전압을 공급하도록 구성된 실시예를 기준으로 설명을 진행하도록 한다.
한편, 이러한 루프백 보상부(300)는 제 2 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간)에서 충전되며, 비발광 구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간)에서 방전되어 제 2 구동전압을 제 1 LED 그룹(410)으로 제공하도록 구성되어 있다. 다만 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)가 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)까지의 4개의 LED 그룹들을 포함하는 경우, 루프백 보상부(300)는 제 4 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간)에서 충전될 수도 있다. 또한, 유사하게, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)가 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 n LED 그룹(미도시)까지의 n개의 LED 그룹들을 포함하는 경우, 루프백 보상부(300)는 제 n 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 이상인 구간)에서 충전될 수도 있다는 것을 주의해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)에 의해 보상되는 순방향 전압레벨은 루프백 보상부(300)를 구성하는 에너지 충방전 소자(예를 들어, 도 4의 제 1 커패시터(C1) 등)의 용량에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 총 순방향 전압레벨(LED 그룹들의 순방향 전압레벨을 모두 합한 전압레벨)의 1/2의 전압레벨을 보상하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨이 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨 이하로 설계된 실시예에 있어, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 보상구간에서 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)의 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 전술한 바와 같이, 제 1 LED 그룹(410)이 교류전원의 주기와 무관하게 항상 턴-온 상태를 유지하게 된다.
한편, 도 2에 도시된 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(500)가 구동전압 검출방식을 이용하여 다수의 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하도록 구성된 반면, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED) 또는 LED 발광부(400)에 연결된 정전류 스위치(들)(SW1 ~ SW3)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류(ILED)에 기초하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 구동전압 검출방식을 이용하여 다수의 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하도록 구성된 LED 조명장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 것을 주의해야 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 전술한 바와 같은 구동전류 검출방식을 통한 순차구동 제어를 위해 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 도 4에는 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동 제어부(500) 외부에 별도의 스위치들로서 구현된 실시예가 도시되어 있으나, 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동 제어부(500) 내에 포함될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2) 각각은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 턴-온되어 전류 경로를 연결하거나 또는 턴-오프되어 전류 경로를 분리하며, 연결된 전류 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하여 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 값으로 정전류 제어하는 기능을 수행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 정전류 스위치(SW1)는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420) 사이의 노드와 LED 구동 제어부(500) 사이에 위치되어 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 1 전류 경로(P1)를 연결하거나 또는 분리하는 기능을 수행하게 된다. 유사하게, 제 2 정전류 스위치(SW2)는 제 2 LED 그룹(420)과 LED 구동 제어부(500) 사이에 위치되어 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 2 전류 경로(P2)를 연결하거나 또는 분리하는 기능을 수행하게 된다. 본 발명에 있어, 전술한 바와 같은 본 발명의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 정전류 제어기능과 관련하여, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2) 각각은 전류 검출하기 위한 센싱 저항, 기준 전류 값과 현재 검출된 전류 값을 비교하기 위한 차동 증폭기, 차동 증폭기의 출력에 따라 경로의 연결을 제어하며, 또한 경로가 연결된 경우 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류 값을 정전류로 제어하도록 구성되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 구성하는 스위칭 소자는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 접합형 트랜지스터(BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET), 사이리스터(Silicon controlled rectifier), 트라이악(Triac) 중 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 LED 구동 제어부(500)는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류(ILED)에 따라 전술한 바와 같은 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 제어하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 순차구동을 제어하도록 구성된다. 이러한 LED 구동 제어부(500)의 상세한 기능에 대해서는 도 5 내지 도 6을 참조하여 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작구간별 스위치 제어상태 및 LED 구동전류를 도시한 구성 블록도이다. 이하에서, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 동작과정에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
먼저, 도 5a는 제 1 동작구간에서의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 구동전류(ILED)의 관계를 도시하고 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 동작구간에서 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)가 턴-온 상태이다. 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압입력되는 구동전압(비보상구간에서는 정류부(200)로부터 제공되는 제 1 구동전압(정류전압(Vrec)), 보상구간에서는 루프백 보상부(300)로부터 제공되는 제 2 구동전압)의 전압레벨이 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이 되는 시점부터 제 1 LED 그룹(410)에 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 1 LED 그룹(410)이 점등된다. 이때, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)는 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값으로 제 1 정전류 스위치(SW1)에 의해 정전류 제어되게 된다.
다음으로, 도 5b는 제 2 동작구간에서의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 구동전류(ILED)의 관계를 도시하고 있다. 도 5a에 도시되어 있는 제어상태에서, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압이 계속해서 상승하여 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨, 즉, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이 되는 시점부터 제 2 LED 그룹(420)에도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 2 LED 그룹(420)이 또한 점등된다. 이러한 시점에서, 제 2 LED 그룹(420)을 제 2 전류 경로(P2)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결하는 제 2 정전류 스위치(SW2)가 턴-온되어 있는 상태이며, 그에 따라 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 검출될 수 있다. LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태(전류가 상승 및/또는 하강하는 상태)를 지나 정상적으로 정전류 상태를 유지하는지 판단한다. 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 제 2 LED 구동전류(ILED)가 정상적인 정전류 상태를 유지하는 경우, 즉, 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값으로 안정적으로 유지되는 경우, LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압이 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 구동하기에 충분한 것으로 판단하여 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프하고, 제 2 동작구간에 진입한다. 제 2 동작구간에 진입한 시점에서의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 구동전류(ILED)의 관계가 도 5b에 도시되어 있다.
한편, 도 5b의 상태에서, 즉, 제 2 동작구간 중, 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 둘 다 발광하지만, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 LED 구동전류와 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르는 LED 구동전류는 서로 상이하다. 먼저, 제 2 동작구간에서 정류부(200)로부터 LED 발광부(400)에 공급되는 입력 전류(Iin)가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르게 된다. 그러나, 도 5b에 도시된 바와 같이, 입력 전류(Iin)는 제 1 LED 그룹(410)을 통과한 후 충전 전류(Ic)와 제 2 LED 구동전류(ILED2)로 나뉘게 된다. 충전 전류(Ic)는 루프백 보상부(300)에 공급되어 루프백 보상부(300)를 충전하게 되며, 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 제 2 LED 그룹(420)에 공급되어 제 2 LED 그룹(420)이 발광하게 된다. 즉, 제 2 LED 그룹(420)에 공급되는 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 입력 전류(Iin)로부터 충전 전류(Ic)를 뺀 전류가 된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어 제 2 동작구간에서 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 모두 발광하는 동시에 루프백 보상부(300)가 충전되게 된다. 또한, 제 2 동작구간 동안, 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력보다 제 2 LED 그룹(420)의 광 출력이 더 낮아지게 되어 광 출력 편차가 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 제 2 동작구간에서 제 2 정전류 스위치(SW2)에 의해 정전류 제어되는 전류는 '제 2 LED 구동전류(ILED2) + 충전 전류(Ic)', 즉 입력 전류(Iin)가 제 2 정전류 스위치에 의해 미리 설정된 값으로 정전류 제어될 수 있다.
한편, 이러한 제 2 동작구간 동안 제 2 LED 그룹(420)이 제 1 LED 그룹(410)과 함께 발광하게 되므로, 제 1 동작구간보다 제 2 동작구간에서 발광하게 되는 LED들의 수가 증가하게 된다. 따라서, LED 발광부(400)의 광출력을 제 1 동작구간과 제 2 동작구간에서 거의 일정하게 유지하기 위하여, 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)보다 낮은 값으로 설정될 수 있다. 보다 바람직하게, 동작구간별로 발광하게 되는 LED들의 수에 반비례 관계가 성립되어 동작구간별 광출력이 거의 동일해지도록, 제 2 LED 구동전류(ILED2)와 제 1 LED 구동전류(ILED1) 간의 관계가 설정될 수 있다.
한편, 정류전압(Vrec)이 최대 전압레벨에 도달한 후 점차 감소하여 제 2 전류 경로(P2)를 통해 흐르는 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 미리 설정된 값 이하가 되면, LED 구동 제어부(500)는 도 5a에 도시된 상태로 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 제어하여 제 1 동작구간으로 복귀한다. 즉, LED 구동 제어부(500)는 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 제 1 동작구간 동안 제 1 LED 그룹(410)만이 발광하게 되며, 이때 LED 구동전류(ILED)는 제 2 LED 구동전류(ILED1) 값으로 정전류 제어된다.
계속해서 정류전압(Vrec)이 감소하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만이 되면, LED 구동 제어부(500)는 도 5c에 도시된 상태로 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 제어하여 보상구간으로 진입한다. 도 5a와 도 5c를 비교하면 알 수 있듯이, 도 5a의 정전류 스위치들의 제어 상태와 도 5c의 정전류 스위치들의 제어상태가 동일하다. 따라서, 실질적으로 정전류 스위치들의 제어는 일어나지 않을 수 있으며, 단지 전위차이로 인하여 자연적으로 루프백 보상부(300)로부터 제 2 구동전압이 제 1 LED 발광부(400)에 공급되게 된다. 따라서, 보상구간 동안, 루프백 보상부(300)로부터 제 2 구동전압이 제 1 LED 그룹(410)에 제공되게 되며, 그에 따라, 제 1 전류 경로를 통해 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 흐르게 되고, 제 1 LED 그룹(410)의 점등상태가 유지된다. 이때, 제 3 LED 구동전류(ILED3)는 실질적으로 제 1 LED 구동전류(ILED1)와 동일할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 정류전압(Vrec)의 1주기 동안 제 1 동작구간, 제 2 동작구간 및 충전구간, 제 1 동작구간, 보상구간에 대한 제어가 순차적으로 수행되며, 정류전압(Vrec)의 매주기마다 이러한 제어가 주기적으로 반복된다.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 시간에 따른 정류전압, LED 구동전류, 입력 전류, 및 LED 발광부의 광 출력 관계를 도시한 파형도이다. 도 6의 (a)는 시간에 따른 정류전압(Vrec)의 파형을 도시하고 있으며, 도 6의 (b)는 시간에 따른 LED 구동전류(ILED)의 파형을 도시하고, 도 6의 (c)는 시간에 따른 루프백 보상부(300)의 충전 전류(Ic) 및 방전전류(즉, 제 3 LED 구동전류(ILED3))의 파형을 도시하고 있으며, 도 6의 (d)는 시간에 따른 교류 전원(Vac)으로부터 LED 조명장치로 입력되는 입력전류(Iin)의 파형을 도시하고, 도 6의 (e)는 시간에 따른 LED 발광부(400)의 광 출력 파형을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 처음에 LED 조명장치(1000)를 기동하기 시작하면 루프백 보상부(300)가 충전되어 있지 않기 때문에, LED 발광부(400)가 발광하지 않는다. 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하는 시점(t1)에 제 1 LED 그룹(410)이 점등된다. 이때의 상태가 도 5a에 도시되어 있다.
계속해서 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하면(t2), LED 구동 제어부(500)는 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프함으로써 제 2 동작구간에 진입한다. 이러한 상태가 도 5b에 도시되어 있다. 제 2 동작구간 중 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹(420) 모두가 점등되며, 동시에, 전술한 바와 같이, 루프백 보상부(300)로 충전 전류(Ic)가 공급되어 루프백 보상부(300)가 충전된다. 또한, 전술한 바와 같이, 제 2 동작구간에서의 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)보다 더 낮은 값으로 설정되어 정전류 제어되는 것이 바람직하다. 이러한 관계를 도 6의 (b) 내지 도 6의 (d)를 통해 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6의 (b)에서, 제 2 동작구간(즉, 시점(t2) 내지 시점(t3) 사이의 구간)에서의 제 2 LED 구동전류(ILED2)가, 제 1 동작구간(즉, 시점(t1) 내지 시점(t2) 사이의 구간)에서의 제 1 LED 구동전류(ILED1)보다 더 낮은 전류 값으로 설정되어 정전류 제어된다. 또한, 제 2 동작구간 동안 충전 전류(Ic)가 루프백 보상부(300)로 제공되어 루프백 보상부(300)가 충전된다. 따라서, 도 6의 (e)에 도시되어 있는 바와 같이, 제 2 동작구간에서의 LED 발광부(400)의 광출력이 제 1 동작구간에서의 LED 발광부(400)의 광출력과 거의 동일해질 수 있다.
정류전압(Vrec)이 최고점을 지나 전압레벨이 하강하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되면(t3), LED 구동 제어부(500)는 도 5a에 도시된 바와 같이 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온함으로써 제 1 동작구간에 진입한다. 이때, LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 검출함으로써 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되는지 여부를 결정하도록 구성된다. 즉, 검출된 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 미리 설정된 값 이하가 되면, LED 구동 제어부(500)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이라고 판단하도록 구성될 수 있다.
계속해서 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 하강하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만이 되면(t4), 도 5c에 도시된 바와 같이 루프백 보상부(300)로부터 제 2 구동전압이 제 1 LED 그룹(410)에 공급되어 제 1 LED 그룹(410)이 발광하게 된다. 전술한 바와 같이, 이러한 시점에서 별도의 정전류 스위치 제어가 수행되지 않고, 전위차에 의해 자연적으로 루프백 보상부(300)로부터 제 1 LED 그룹(410)으로의 방전이 수행될 수 있다.
다시 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이 되면(t6), 다시 도 5a에 도시된 바와 같이 정류전압(Vrec)에 의해 제 1 LED 그룹(410)이 발광하게 된다. 전술한 바와 같은 순차적인 제어과정들이 정류전압(Vrec)의 1 주기마다 주기적으로 반복된다.
한편, 도 6의 (e)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정류전압(Vrec)의 모든 구간에 걸쳐 LED 발광부(400)가 거의 일정한 광출력을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 이는 제 2 동작구간에서 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 발광시키는 동시에 루프백 보상부(300)를 충전시키기 때문에, 입력 전류(Iin) 전부가 LED 발광부(400)로 전달되기 않기 때문이다. 물론, 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 제 1 LED 구동전류(ILED1)보다 더 낮은 값으로 설정하여 정전류 제어함으로써도 달성될 수 있는 효과이다.
이상에서, 설명과 예시의 편의를 위하여, LED 발광부(400)가 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 2개의 LED 그룹들로 이루어진 실시예를 기준으로 설명하였지만, LED 발광부(400)가 3개 또는 4개 또는 그 이상의 LED 그룹들로 이루어진 실시예에 대해서도 동일한 방식이 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이며, 이러한 실시예들이 본 발명의 권리범위에 속한다는 것 역시 당업자에게 자명할 것이다.
LED 조명장치(1000)의 제 2 실시예의 구성 및 기능
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 이하에서, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는, 제 3 LED 그룹(430) 및 제 3 정전류 스위치(SW3)를 더 포함한다는 점을 제외하면, 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성이 유사하다. 따라서, 중복되는 구성 및 기능에 대해서는 도 4에 대한 설명을 참조하기로 하며, 이하에서 제 1 실시예와의 차이점을 위주로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 대하여 살펴보도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 제 1 LED 그룹(410), 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)을 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 3단 구동방식의 교류 LED 조명장치이다.
제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어, 루프백 보상부(300)는 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되며, 보상구간에서 제 2 구동전압을 제 1 LED 그룹(410)으로 제공하도록 구성된다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, LED 조명장치(1000)의 초기 기동시 루프백 보상부(300)가 충전되어 있지 않기 때문에 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430) 전체가 발광하지 않는다.
시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하면, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되어 제 1 LED 그룹이 점등된다. 이때, 제 1 정전류 스위치(SW1)는 LED 구동전류(ILED)를 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 정전류 제어한다.
계속해서 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 이르게 되면, 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 점등된다. 이러한 시점에 LED 구동 제어부(500)는 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프함으로써 제 2 동작구간에 진입하게 되며, 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동전류(ILED)를 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값으로 정전류 제어한다. 또한, 동시에 충전 전류(Ic)가 루프백 보상부(300)로 제공되어 루프백 보상부(300)가 충전되기 시작한다.
계속해서 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 3 순방향 전압레벨(Vf3)에 이르게 되면, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)이 점등된다. 이러한 시점에 LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프함으로써 제 3 동작구간에 진입하게 되며, 제 3 정전류 스위치(SW3)가 LED 구동전류(ILED)를 제 3 LED 구동전류(ILED3) 값으로 정전류 제어한다. 제 2 동작구간과 동일하게 제 3 동작구간에서도 충전 전류(Ic)가 루프백 보상부(300)로 제공되어 루프백 보상부(300)가 계속해서 충전될 수 있다.
정류전압(Vrec)이 최고점을 지나 하강하여 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만이 되면, LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온함으로써 다시 제 2 동작구간에 진입한다. 정류전압(Vrec)이 최고점을 지나 하강하여 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만이 되는 시점에 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 흐르는 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 감소하게 되며, 따라서, LED 구동 제어부(500)는 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 미리 설정된 값 이하로 떨어지는 경우 제 2 동작구간에 진입하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 제 2 동작구간에서도 계속해서 루프백 보상부(300)가 충전될 수도 있다.
정류전압(Vrec)이 계속해서 하강하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되면, LED 구동 제어부(500)는 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온함으로써 다시 제 1 동작구간에 진입한다. 이 시점에서 루프백 보상부(300)의 충전이 종료될 수 있다.
계속해서 정류전압(Vrec)이 하강하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만이 되면, 전위차로 인하여 자연적으로 루프백 보상부(300)로부터 제 2 구동전압이 제 1 LED 그룹(410)에 제공되어 보상구간에서 제 1 LED 그룹(410)이 발광하게 된다.
전술한 바와 같은 과정들이 정류전압(Vrec)의 1주기마다 반복적으로 수행된다.
LED 조명장치(1000)의 제 3 실시예의 구성 및 기능
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 8을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 8에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 제 2 LED 그룹(420)과 병렬로 제 2 보상부(310)가 구비된다는 점을 제외하면, 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성이 유사하다. 따라서, 중복되는 구성 및 기능에 대해서는 도 4에 대한 설명을 참조하기로 하며, 이하에서 제 1 실시예와의 차이점을 위주로 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 대하여 살펴보도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 2 보상부(310)는 제 2 커패시터(C2)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 전기적 충방전 소자 및/또는 전기적 충방전 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 제 2 보상부(310)는 전술한 바와 같은 제 2 동작구간에서 충전되며, 제 2 동작구간 외의 동작구간(즉, 제 2 LED 그룹(420)이 소등되는 동작구간)에서 제 2 LED 그룹(420)에 제 2 구동전압을 공급하는 기능을 수행하도록 구성된다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같은 제 3 실시예의 경우, 정류전압(Vrec)의 모든 구간에 걸쳐 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 항상 점등상태를 유지할 수 있다.
LED 조명장치(1000)의 제 4 실시예의 구성 및 기능
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 9에 도시된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 원하는 값으로 설정하기 위한 제 1 LED 구동전류 설정부(610) 및 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 원하는 값으로 설정하기 위한 제 2 LED 구동전류 설정부(620)를 더 포함할 수 있다. 이러한 점 외에는, 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성이 유사하다. 따라서, 중복되는 구성 및 기능에 대해서는 도 4에 대한 설명을 참조하기로 하며, 이하에서 제 1 실시예와의 차이점을 위주로 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 대하여 살펴보도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 종래기술에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우, 제 1 LED 구동전류(ILED1), 제 2 LED 구동전류(ILED2), 제 3 LED 구동전류(ILED3), 및 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 각기 설정할 수 없다는 문제점이 있었다. 즉, 종래기술에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우 계단파 형태로 각 동작구간별 LED 구동전류(ILED)를 제어하도록 구성되어 있으므로, 일반적으로 하나의 LED 구동전류(예를 들어, 제 4 LED 구동전류(ILED4))를 설정하고, 나머지 LED 구동전류들은 설정된 LED 구동전류의 비율로서 제어하도록 구성되어 있었다. 예를 들어, 제 3 LED 구동전류(ILED3)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 80~95%, 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 65~80%, 제 1 LED 구동전류(ILED1)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 30~65%로 설정되는 방식이었다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우 각각의 LED 구동전류(ILED)만을 별도로 설정할 수 없다는 문제점이 있으며, 이는 특히 플리커 성능을 개선하기 위하여 전술한 바와 같이 비율에 따라 LED 구동전류를 조정하는 것이 아니라, 동작구간별로 임의적으로 LED 구동전류를 설정하기 힘들다는 점에서 문제가 됐다. 따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우, 제 1 LED 구동전류 설정부(610) 및 제 2 LED 구동전류 설정부(620)를 각기 별도로 구비하여, 필요에 따라 각각의 LED 구동전류(ILED)를 설정할 수 있도록 구성된다. 도 9에 있어, 이러한 제 1 LED 구동전류 설정부(610) 및 제 2 LED 구동전류 설정부(620)가 각기 가변저항을 이용하여 구현될 실시예가 도시되어 있지만, 다른 적적한 소자(예를 들어, 커패시터 등) 또는 다른 적절한 회로로 구동전류 설정부가 구현될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
LED 조명장치(1000)의 제 5 실시예의 구성 및 기능
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 10에 도시된 제 5 실시예는, 도 7을 참조하여 이상에서 설명된 제 2 실시예와 유사하다. 구체적으로, 도 10의 제 5 실시예의 경우, 제 3 LED 그룹(430) 대신에 의사부하(dummy load)(710)가 포함된다는 점에 있어서만 도 7의 제 2 실시예와 상이하다.
도 7에 도시된 실시예에 있어 의사부하(710)는 제 1 저항(R1)으로 구현된다. 의사부하(710)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간에서 의사부하(710)를 통해 전류를 흐르게 하여 의사부하(710)에 걸리는 전압만큼 루프백 보상부(300)에 충전되는 충전량을 증가시키기 위해 포함될 수 있다. 따라서, 루프백 보상부(300)에 충전되는 충전량이 증가되기 때문에, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)을 크게 설정할 수 있다는 장점이 있다. 다시 말하면, 다른 조건이 동일하다고 가정할 때, 의사부하(710)를 포함함으로써, 정류전압(Vrec)의 전범위에서 발광상태를 유지하는 제 1 LED 그룹(410)에 포함되는 LED들의 수를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 플리커 성능을 개선할 수 있다.
LED 조명장치(1000)의 제 6 실시예의 구성 및 기능
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 11을 참조하여, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 11에 도시된 제 6 실시예는 제 3 LED 그룹(430) 대신에 제 2 보상부(720)가 제 2 LED 그룹(420)에 직렬로 연결되며, 제 2 보상부(720)와 제 2 LED 그룹(420) 사이에 방전 경로(P5)가 추가로 형성된다는 점에 있어서 도 7의 제 2 실시예와 상이하다. 도 11에 도시된 바와 같은 제 2 보상부(720)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨 이상인 구간에서 충전되며, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨 미만인 구간에서 방전 경로(P5)를 통해 방전되어 제 2 LED 그룹(420)에 제 2 구동전압을 공급하도록 구성된다. 따라서, 도 11에 도시된 제 6 실시예를 이용하는 경우, 정류전압(Vrec)의 전범위에서 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 계속해서 점등상태를 유지할 수 있다. 또한, 제 2 보상부(720)가 제 2 LED 그룹(420)에 직렬로 연결되기 때문에 이들에 병렬로 연결되어 있는 루프백 보상부(300)의 충전양이 증가되는 효과를 또한 기대할 수 있다.
LED 조명장치(1000)의 제 7 실시예의 구성 및 기능
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 12에 도시된 제 7 실시예는 제 2 LED 그룹(420)과 제 3 LED 그룹(430) 사이의 노드가 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결되는 것이 아니라 정류부(200)의 음극단에 연결된다는 점에 있어, 도 7의 제 2 실시예와 상이하다. 즉, 도 12의 제 7 실시예에서 제 2 정전류 스위치(SW2)가 생략된다. 이러한 제 7 실시예는, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)을 낮추어 루프백 보상부(300)에 의한 제 2 구동전압의 공급을 용이하게 하고, 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)을 이용하여 회로의 효율을 상승시키며, 보상구간에서 제 1 LED 그룹(410) 및 제 3 LED 그룹(430)이 루프백 보상부(300)로부터 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동될 수 있는 실시예이다. 이러한 제 7 실시예에 있어, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨이 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨보다 작아야 한다는 점을 주의해야 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 보상구간, 즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨 미만인 구간에서, 방전 경로(P6)가 형성되어 제 3 LED 그룹(430) 및 제 1 LED 그룹(410)이 점등된다.
1000 : LED 조명장치 200 : 정류부
300 : 루프백 보상부 310 : 제 2 보상부
400 : LED 발광부 410 : 제 1 LED 그룹
420 : 제 2 LED 그룹 430 : 제 3 LED 그룹
500 : LED 구동 제어부 SW1 : 제 1 정전류 스위치
SW2 : 제 2 정전류 스위치 SW3 : 제 3 정전류 스위치
610: 제 1 LED 구동전류 설정부 620: 제 2 LED 구동전류 설정부
720 : 제 2 보상부

Claims (29)

  1. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되고, 비보상 구간에서 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하며, 보상구간에서 루프백 보상부로부터 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부;
    상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 일단이 제 1 LED 그룹 내지 제 n-1 LED 그룹 중 어느 하나의 LED 그룹의 애노드단에 연결되고 타단이 상기 제 n LED 그룹의 캐소드단과 공통적으로 LED 구동 제어부에 연결되며, 제 n 동작구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간에서 상기 LED 발광부에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백(loop-back) 보상부;및
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹에 각기 연결된 정전류 스위치들을 통해 흐르는 LED 구동전류를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 루프백 보상부는 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어 상기 보상구간 중 상기 제 1 LED 그룹에 제 2 구동전압을 제공하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는:
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 각각의 캐소드단에 각기 연결되어 상기 동작구간 따라 제 1 전류 경로 내지 제 n 전류 경로를 연결하거나 또는 분리하고, 각각의 동작구간에서 상기 LED 구동전류를 정전류 제어하기 위한 제 1 정전류 스위치 내지 제 n 정전류 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며,
    제 1 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹의 광 출력과 제 2 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 2 LED 그룹의 광 출력 사이의 차이는 미리 설정된 광 출력 편차 이하인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며,
    상기 제 2 구동전압은 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 이상인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며,
    상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨이 상기 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨보다 큰 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함하며,
    상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 상기 제 1 LED 그룹에 제공하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 상기 제 3 LED 그룹 대신에 의사부하(dummy load)를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명장치는,
    상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 제 n 동작구간 동안 충전되고 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명장치는,
    상기 제 n LED 그룹에 직렬로 연결되며, 상기 정류전압의 전압레벨이 제 n 순방향 전압레벨 이상인 구간에서 충전되고, 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결된 방전경로를 통해 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  15. 제 1 항에 있어,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함하되,
    상기 제 2 LED 그룹과 상기 제 3 LED 그룹 사이의 노드가 상기 정류부의 음극단에 연결되며,
    상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되며, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고, 상기 보상구간 동안 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 3 LED 그룹에 상기 제 2 구동전압을 공급하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  16. 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하며 정류부로부터 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 제공받는 LED 발광부의 구동을 제어하는 LED 구동회로로서,
    상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 일단이 제 1 LED 그룹 내지 제 n-1 LED 그룹 중 어느 하나의 LED 그룹의 애노드단에 연결되고 타단이 상기 제 n LED 그룹의 캐소드단과 공통적으로 LED 구동 제어부에 연결되며, 제 n 동작구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 제 2 구동전압을 제공하는 루프백(loop-back) 보상부;및
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹에 각기 연결된 정전류 스위치들을 통해 흐르는 LED 구동전류를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 루프백 보상부는 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어 상기 보상구간 중 상기 제 1 LED 그룹에 제 2 구동전압을 제공하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는:
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 각각의 캐소드단에 각기 연결되어 상기 동작구간 따라 제 1 전류 경로 내지 제 n 전류 경로를 연결하거나 또는 분리하고, 각각의 동작구간에서 상기 LED 구동전류를 정전류 제어하기 위한 제 1 정전류 스위치 내지 제 n 정전류 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 발광부가 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함할 경우,
    제 1 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹의 광 출력과 제 2 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 2 LED 그룹의 광 출력 사이의 차이는 미리 설정된 광 출력 편차 이하인 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 발광부가 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함할 경우,
    상기 제 2 구동전압은 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 이상인 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 발광부가 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함할 경우,
    상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨이 상기 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨보다 큰 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 발광부가 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함할 경우,
    상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되어, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 상기 제 1 LED 그룹에 제공하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 구동회로는,
    상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 제 n 동작구간 동안 충전되고 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 구동회로는,
    상기 제 n LED 그룹에 직렬로 연결되며, 상기 정류전압의 전압레벨이 제 n 순방향 전압레벨 이상인 구간에서 충전되고, 상기 제 n LED 그룹이 발광하지 않는 비발광 구간 동안 상기 제 n LED 그룹에 병렬로 연결된 방전경로를 통해 상기 제 n LED 그룹에 구동전압을 공급하는 제 2 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
  29. 제 16 항에 있어,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹, 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹을 포함하되,
    상기 제 2 LED 그룹과 상기 제 3 LED 그룹 사이의 노드가 상기 정류부의 음극단에 연결될 경우,
    상기 루프백 보상부는 제 2 LED 그룹 및 제 3 LED 그룹과 병렬로 연결되고 상기 루프백 보상부의 타단이 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되며, 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고, 상기 보상구간 동안 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 3 LED 그룹에 상기 제 2 구동전압을 공급하는 것을 특징으로 하는, LED 구동회로.
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